化学键断裂在你身体里爆炸会发生什么

  • 日期:2019-10-01 12:42
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在一个阳光明媚的夏天,阳光通过打破束缚而变得越来越糟糕。紫外线会破坏皮肤细胞DNA中原子间的联系,从而导致癌症。紫外线还破坏氧键,最终产生臭氧,并将氢从其他分子中分离出来,留下自由基和破坏组织。
 
利用一些可用的最短的激光脉冲,化学家已经能够逐步解决化学键爆炸的过程,基本上使事件成为一部电影。在化学键断裂之前,分子中不同状态的电子可以在不确定的情况下来回反弹。
 
这项发表在《科学》杂志上的技术将帮助化学家理解并可能操纵光诱导的化学反应,即光化学。尤其是化学家和生物学家,他们对大分子如何在不破坏任何化学键的情况下吸收光能感兴趣,就像眼睛里的分子吸收光,给我们视觉,或者植物中的分子吸收光进行光合作用一样。第一作者小林由纪夫博士说:想想眼睛里的视紫红质分子。当光照射视网膜时,视紫红质可以吸收可见光。
 
眼睛可以看到事物,因为视紫红质之间的构象发生了变化。事实上,当光被吸收时,视紫红质中的一个键会扭曲而不是断裂,引发其他反应,从而产生一种光的感觉。由加州大学伯克利分校(UniversityofCalifornia,Berkley)、斯蒂芬·里昂(Stephen Lyon)教授和丹尼尔·纽马克(Daniel Newmark)的同事Yuki Kobayashi开发的这项技术,可用于详细研究这种光吸收是如何在分子通过激发态后引起扭曲的(避免交叉或圆锥相交)。为了防止DNA中的键断裂,能量从解离转移到振动热。
 
超快激光脉冲
对视紫红质来说,能量从振动重定向到顺式异构化,这是一种扭曲。这些化学反应的重新定向在我们周围无处不在,但我们从未见过它们真正的时刻。阿秒激光(阿秒是1/1000000000的1/1000000000秒),科学家用来探测非常快的反应。由于大多数化学反应发生得很快,这些超快脉冲激光是“观察”形成化学键的电子在断裂和/或重组时的行为的关键。里昂是一位化学和物理学教授,也是一位实验学家,他也使用理论工具,是利用阿秒激光探测化学反应的先驱。
 
在实验室里,他有6个这样的X射线和紫外线(XUV)激光器。加州大学伯克利分校(University of California,Berkley)的研究小组使用最简单的分子之一碘一溴(IBR),一个与溴原子相连的碘原子,用8个飞秒可见光脉冲击中这些分子,激发出它们最外层的一个电子,然后用阿秒激光脉冲探测它们。使用一个时间间隔为1.5飞秒的阿秒XUV激光脉冲,研究人员可以检测到导致分子分裂的步骤,就像使用闪光灯一样。
 
高能XUV激光器可以探测分子中电子的激发态,通常不涉及化学反应。当电子接近交点时,就像制作一个电子路径的电影和它沿着一条或另一条路径移动的概率一样,正在开发的这些工具可以观察固体、气体和液体,但是需要较短的时间尺度(由阿秒激光器提供)。否则,你只能看到开始和结束。你不知道中间发生了什么。实验清楚地表明,一旦IBR的外部电子被激发,它们将突然看到它们可能在其中的各种状态或位置,并在决定采取哪一条路径之前探索其中的许多状态。
 
然而,在这个简单的分子中,所有的途径都会使电子落在碘或溴上,两个原子就会飞走。在更大的分子中,激发的电子有更多的选择,一些能量扭曲,如视紫红质,或振动而不分裂分子。在生物学中,进化在吸收能量和不破坏联系方面被证明是非常有效的。
当你身体的化学反应出错时,你会看到疾病的突然发作。
 

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